EP1850463B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schweißverbindungen an Leitern einer elektrischen Maschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schweißverbindungen an Leitern einer elektrischen Maschine Download PDF

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EP1850463B1
EP1850463B1 EP07106098.2A EP07106098A EP1850463B1 EP 1850463 B1 EP1850463 B1 EP 1850463B1 EP 07106098 A EP07106098 A EP 07106098A EP 1850463 B1 EP1850463 B1 EP 1850463B1
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EP
European Patent Office
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conductor segments
welding
stator
common electrode
winding
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EP07106098.2A
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EP1850463A2 (de
EP1850463A3 (de
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Reinhard Meyer
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SEG Automotive Germany GmbH
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SEG Automotive Germany GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056—Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/0081—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings

Definitions

  • the invention is based on a method and a device for producing welded joints on conductors of an electrical machine, in particular an alternator for motor vehicles, according to the preamble of the independent claims.
  • a method and an associated device are for example from the DE 40 31 276 A1 known, wherein the stator of the machine comprises a winding of individual winding bars, which are pre-bent hairpin and inserted with a spreading step of a pole pitch in the laminated core of the stator.
  • the free ends of the winding bars are crossed on the other side of the laminated core against each other and welded together in pairs.
  • the joints should be very close together, which is difficult in conventional welds.
  • the joints in a stator are arranged with 2n conductors per groove in n concentric rows.
  • a plurality of the discrete, radially aligned electrodes are arranged on the stator circumference, for example four offset by 90 ° in each case.
  • a rationalization and acceleration of the welding process can be achieved in that the discrete, radially aligned electrode contacts a plurality of juxtaposed conductor segments in a welding process, wherein the counter electrode in the form of the annular common electrode in any case at a plurality or the total number of pairs of conductor segments to be welded simultaneously is applied. At least in the case of the contacting of two adjacent pairs of conductors through the discrete electrode still a uniform distribution of the welding current and the contact pressure can be achieved.
  • a particularly advantageous embodiment of the method and the associated device is that for welding the ends of four pairs of conductor segments to be connected on the one hand two discrete, on the circumference of the stator inside and outside radially aligned to the conductor ends attacking electrodes are used, which with a centrally located between the conductor ends and the discrete electrodes extending, ring or ring segment-shaped common electrode cooperate.
  • This arrangement allows for minimized space between the ends of the pairs of conductor segments to be securely and simultaneously contacting two welds on two pairs of conductors, without counterpressure by the common electrode of the discrete electrodes during the welding process, the required radially directed contact force to be connected to the conductor ends of the stator and is applied to the common electrode.
  • the connection points of a plug-in winding with four conductors per groove are in this case arranged in a readily accessible manner in two concentric rows in the winding head of the stator.
  • the welded joints of hairpin-shaped pre-bent conductor segments lie on one side in the winding head, preferably on the drive side of the machine.
  • welded joints can also be produced in both winding heads on both end faces of the stator in the same way.
  • the achievable advantages occur in particular when, for each pairwise connection of the conductor segments, two discrete electrodes are arranged radially on both sides of the common electrode and the conductors to be connected, since in this arrangement no pressure and no counterforce are exerted on the weld by the annular common electrode must, which greatly simplifies their design and arrangement. If the ends of the conductor segments to be connected are to be positioned and held radially one above the other during the welding operation, this can be achieved in a particularly simple manner without additional positioning aids by a contoured surface of at least the discrete electrodes.
  • the common electrode may also have a correspondingly contoured surface. However, the surface of the discrete electrodes is easier to shape and work and can be adapted with little effort to the cross-sectional shape of the conductor segments.
  • FIG. 1 is a cross section through an electric machine 10, shown here in the embodiment as an alternator for motor vehicles.
  • This electrical machine 10 has inter alia a two-part housing 13 that consists of a first bearing plate 13.1 and a second bearing plate 13.2.
  • the bearing plate 13.1 and the bearing plate 13.2 take in a stator 16, with an annular laminated core 17, in the radially aligned, inwardly open and axially extending grooves, a stator winding 18 is inserted.
  • the annular stator 16 surrounds with its radially inwardly directed, grooved surface a rotor 20 which is formed as a claw-pole rotor.
  • the rotor 20 consists inter alia of two claw-pole plates 22 and 23, on the outer periphery of each claw-pole fingers 24 and 25 extending in the axial direction are arranged. Both claw pole boards 22 and 23 are arranged in the rotor 20 such that their axially extending claw pole fingers 24, 25 alternate at the periphery of the rotor 20. This results in magnetically required Klauenpol thoroughlysammlung between the oppositely magnetized Klauenpolfingern 24 and 25.
  • the rotor 20 is rotatably supported by means of a shaft 27 and one on each rotor side located roller bearing 28 in the respective end shields 13.1 and 13.2.
  • the rotor 20 has two axial end faces, on each of which a fan 30 is attached.
  • These fans 30 essentially consist of a plate-shaped or disk-shaped section, starting from the fan blades in a known manner.
  • These fans 30 serve to allow an air exchange between the outside and the interior of the electric machine 10 via openings 40 in the end shields 13.1 and 13.2.
  • the openings 40 are provided at the axial ends of the end shields 13.1 and 13.2, via which 30 cooling air is sucked into the interior of the electric machine 10 by means of the fan.
  • This cooling air is accelerated radially outwards by the rotation of the fans 30, so that they pass through the cooling-air-permeable winding heads 45 on the drive side and 46 on the electronics side can. This effect cools the windings.
  • the cooling air takes after passing through the winding heads, or after the flow around this winding heads a way radially outward through FIG. 1 not shown openings.
  • FIG. 1 On the right side is a protective cap 47, which protects various components against environmental influences.
  • this protective cap 47 covers, for example, a slip ring assembly 49, which supplies a field winding 51 with exciting current.
  • a heat sink 53 Around this slip ring assembly 49 around a heat sink 53 is arranged, which acts as a positive heat sink here.
  • the bearing plate acts 13.2.
  • a connection plate 56 is arranged between the bearing plate 13.2 and the heat sink 53, which in the bearing plate 13.2 attached minus diodes 58 and not shown in this illustration plus diodes in the heat sink 53 in the form of a bridge circuit interconnects.
  • FIG. 2 shows a perspective, schematic representation of the stator 16, on the inner surface of poles 32 and grooves 34 can be seen.
  • the grooves 34 as shown FIG. 3 it can be seen more clearly, in each case four conductor segments 36, which are isolated on the one hand on its surface by a lacquer insulation 38 and on the other hand together by insulating inserts 39 against the laminated core 17 of the stator 16.
  • the conductor segments 36 are bent in a known manner on the underside of the stator 16 hairpin-shaped and each set a pole pitch. Their equally long, free ends 42 protrude above, also set by a pole pitch, out of the grooves 34 and are arranged in four concentric rows.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the welding device according to the invention with an annular common electrode 60, which is arranged centrally between the pairs of the ends 42 to be welded of the conductor segments 36.
  • This embodiment corresponds to the arrangement in FIG. 2 each having four radially aligned free ends 42, wherein each two of the ends 42 are arranged in two concentric rows to be welded.
  • Provided as counterelectrodes to the common electrode 60 are two discrete, radially aligned electrodes 62 and 64, which are connected to the positive pole 66 of the welding device, while the common electrode 60 is connected to the negative pole 68 of the welding power source.
  • the welding current I for each individual welded connection is monitored by suitable measuring devices 70, 72.
  • the contact pressure P of the discrete electrodes 62 and 64 is controlled by pressure gauges 74 and 76.
  • the finished welded joints of each two ends 42 of the conductor segments 36 form oval weld studs 78, which are uniformly shaped and spaced. If necessary, these welding studs 78 can be subsequently isolated, for example by insulating varnish, since the varnish insulation 38 has been removed at the ends 42 of the conductor segments 36 in a known manner before the welding process or vaporized during the welding process.
  • contoured end faces 63, 65 of the discrete electrodes 62 and 64 wherein the contours on the end face of the electrodes 62 and 64 are preferably adapted to the cross section of the ends 42 of the conductor segments 36.
  • This positioning and locking of the ends 42 can be improved by additional contours on the surface of the common electrode 60, which in FIG. 4 are not shown.
  • Both the common electrode 60 and the discrete electrodes 62 and 64 are usually made of tungsten or tungsten alloys. Contours on the end faces of the discrete electrodes 62 and 64 are easier to manufacture and nacharbeitbar as contours on the surface of the common electrode 60, so this can be omitted for cost reasons.
  • FIG. 5 shows the shape of the conductor segments 36 in the drive-side winding head 45 with four conductor segments 36 per groove 34, wherein the conductor segments 36 in the grooves 34 but different from the arrangements in FIG. 2 and FIG. 3 are arranged in pairs next to each other and on top of each other.
  • two conductor segments 36 project with two free ends 42 parallel to each other out of each groove 34, which are then each offset by a pole pitch and connected in pairs at their free ends 42 by a resistance welding.
  • the common electrode 60 is drawn.
  • the required discrete counter electrode which presses and energizes the ends 42 of the conductor segments 36 individually or in pairs to the common electrode 60, is not shown in this illustration.
  • annular electrode 60 instead of a self-contained, annular electrode 60, one or more annular segment-shaped electrodes can be centrally inserted between the discrete electrodes 62 and 64 and moved according to the progress of the welding operation.
  • a segment-shaped electrode is cheaper to produce than a ring electrode.
  • a plurality of ring segments can be sequenced in a row to form a closed ring.
  • the common electrode 60 is inserted in the same way between the concentrically arranged rows of conductor ends or applied to the inner circumference. In this case, however, it is not possible to monitor the advantageous measurement of the welding current I, the pressing force P on the welding point and the welding time for each individual connection point; a perfect welding connection must be ensured here by exact positioning of the electrodes and the conductor ends 42.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung von Schweißverbindungen an Leitern einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Drehstromgenerators für Kraftfahrzeuge, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Ein derartiges Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung sind beispielsweise aus der DE 40 31 276 A1 bekannt, wobei der Stator der Maschine eine Wicklung aus einzelnen Wicklungsstäben aufweist, die haarnadelförmig vorgebogen und mit einem Spreizschritt von einer Polteilung in die Blechpaketnuten des Stators eingesteckt sind. Die freien Enden der Wicklungsstäbe sind auf der anderen Seite des Blechpaketes gegeneinander verschränkt und paarweise miteinander verschweißt. Hierbei besteht die Forderung, dass in einem kompakt ausgeführten Wickelkopf die Verbindungsstellen sehr dicht beieinander liegen sollen, was bei herkömmlichen Schweißverbindungen Schwierigkeiten bereitet.
  • Aus der EP 1 187 299 A2 ist eine Möglichkeit zum Verbinden von solchen Leitern bzw. deren Enden bekannt, bei der ein Paar solcher Leiterenden zwischen zwei Haltemitteln gehalten und mittels kontaktloser Wärmequelle erwärmt und damit verschmolzen werden. Als kontaktlose Wärmequelle bzw. als kontaktloses Verbindungsverfahren kommt dabei beispielsweise Lichtbogenschweißen in Betracht.
    Aus US 2003/0024101 A1 und US 2003/0024101 A1 sind Möglichkeiten zum Verbinden solcher Leiterenden bekannt, bei dem eine innere und eine äußere Gemeinschaftselektrode verwendet werden, zwischen denen mehrere Paare solcher Leiterenden gehalten werden. Mittels Lichtbogenschweißen werden diese Paare dann nacheinander verschmolzen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 und die beanspruchte Vorrichtung mit einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 7 bieten gegenüber dem Stand der Technik die Möglichkeit, mit verhältnismäßig geringem fertigungstechnischen und konstruktiven Aufwand die notwendigen Schweißverbindungen schnell und präzise auf engem Raum herzustellen, wobei die Verbindungsstellen bei einem Stator mit 2n Leitern pro Nut in n konzentrischen Reihen angeordnet sind. Durch die Kontaktierung der Enden der zu verbindenden Leitersegmente einerseits mittels mehreren diskreten, radial ausgerichteten Elektroden und andererseits wenigstens einer zur Maschinenachse koaxialen, ringförmigen Gemeinschaftselektrode wird der Zugang zu den einzelnen Verbindungsstellen deutlich vereinfacht und gleichzeitig die erforderliche Präzision der Schweißverbindungen sichergestellt, insbesondere wenn die diskrete, radial ausgerichtete Elektrode jeweils nur ein einzelnes Paar der zu verschweißenden Leitersegmente kontaktiert. In diesem Fall sind der Schweißstrom und der Anpressdruck auf die Schweißstelle exakt definiert und sie können durch geeignete Messinstrumente in einfacher Weise überwacht werden.
  • Erfindungsgemäß werden mehrere der diskreten, radial ausgerichteten Elektroden am Statorumfang angeordnet, beispielsweise vier um jeweils 90° versetzt.
    Eine Rationalisierung und Beschleunigung des Schweißvorganges kann dadurch erreicht werden, dass die diskrete, radial ausgerichtete Elektrode in einem Schweißvorgang mehrere nebeneinander liegende Leitersegmente kontaktiert, wobei die Gegenelektrode in Form der ringförmigen Gemeinschaftselektrode ohnehin an einer Mehrzahl oder an der Gesamtzahl der zu verschweißenden Paare der Leitersegmente gleichzeitig anliegt. Zumindest im Fall der Kontaktierung von zwei nebeneinander liegenden Leiterpaaren durch die diskrete Elektrode kann noch eine gleichmäßige Verteilung des Schweißstromes und des Anpressdruckes erreicht werden.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung besteht darin, dass zum Verschweißen der Enden von vier, jeweils paarweise zu verbindenden Leitersegmenten einerseits zwei diskrete, am Umfang des Stators innen und außen radial fluchtend an den Leiterenden angreifende Elektroden verwendet werden, welche mit einer mittig zwischen den Leiterenden und den diskreten Elektroden verlaufenden, ring- oder ringsegmentförmigen Gemeinschaftselektrode zusammenwirken. Diese Anordnung erlaubt bei minimiertem Platzbedarf zwischen den Enden der paarweise zu verbindenden Leitersegmente eine sichere und gleichzeitige Kontaktierung von zwei Schweißstellen an zwei Leiterpaaren, wobei ohne Gegendruck durch die Gemeinschaftselektrode von den diskreten Elektroden beim Schweißvorgang die erforderliche radial gerichtete Anpresskraft auf die zu verbindenden Leiterenden des Stators und auf die Gemeinschaftselektrode ausgeübt wird. Die Verbindungsstellen einer Steckwicklung mit vier Leitern je Nut sind hierbei in gut zugänglicher Weise in zwei konzentrischen Reihen im Wickelkopf des Stators angeordnet.
  • In gebräuchlichen Anordnungen von Steckwicklungen für Generatoren von Kraftfahrzeugen liegen die Schweißverbindungen von haarnadelförmig vorgebogenen Leitersegmenten einseitig im Wickelkopf, vorzugsweise auf der Antriebsseite der Maschine. Bei Verwendung von Einzelstäben für die Leitersegmente können in gleicher Weise jedoch auch Schweißverbindungen in beiden Wickelköpfen auf beiden Stirnseiten des Stators hergestellt werden.
  • Neben der erfindungsgemäßen Verbesserung des Schweißverfahrens ergeben sich auch bei der vorgeschlagenen Schweißvorrichtung mit einer elektrischen Maschine deutliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere hinsichtlich der Zugänglichkeit der Schweißstellen und des konstruktiven Aufwandes für die Schweißelektroden. Dies wird erreicht durch die Verwendung einerseits einer diskreten, radial ausgerichteten Elektrode zur Kontaktierung wenigstens eines Leiterendes eines Paares der zu verbindenden Leitersegmente sowie andererseits durch eine ringförmige Gemeinschaftselektrode als Gegenelektrode zur gleichzeitigen Kontaktierung einer Mehrzahl von Leiterenden. Die erzielbaren Vorteile treten insbesondere dann in Erscheinung, wenn zur jeweils paarweisen Verbindung der Leitersegmente zwei diskrete Elektroden radial gegenüberliegen beidseitig der Gemeinschaftselektrode und der zu verbindenden Leiter angeordnet sind, da bei dieser Anordnung von der ringförmigen Gemeinschaftselektrode kein Druck und keine Gegenkraft auf die Schweißstelle ausgeübt werden muss, was deren Gestaltung und Anordnung erheblich vereinfacht. Sollen die zu verbindenden Enden der Leitersegmente beim Schweißvorgang radial übereinander positioniert und gehalten werden, so kann dies in besonders einfacher Weise ohne zusätzliche Positionierungshilfen durch eine konturierte Oberfläche zumindest der diskreten Elektroden erreicht werden. Zusätzlich kann auch die Gemeinschaftselektrode noch eine entsprechend konturierte Oberfläche aufweisen. Die Oberfläche der diskreten Elektroden ist jedoch leichter formbar und bearbeitbar und kann mit geringem Aufwand der Querschnittsform der Leitersegmente angepasst werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine,
    Figur 2
    eine perspektivische Ansicht eines Stators mit einer Steckwicklung mit für den Schweißvorgang vorgeformten Enden der Leitersegmente,
    Figur 3
    einen Teilschnitt durch das Blechpaket des Stators mit radial verlaufenden Nuten mit jeweils vier übereinander angeordneten Leitersegmenten,
    Figur 4
    eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung mit zwei diskreten, radial ausgerichteten Elektroden und einer ringförmigen Gemeinschaftselektrode und
    Figur 5
    eine Darstellung der geschränkten und gekröpften, aus den Nuten herausragende Enden miteinander zu verschweißende Leitersegmente.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • In Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10, hier in der Ausführung als Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge, dargestellt. Diese elektrische Maschine 10 weist unter anderem ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, dass aus einem ersten Lagerschild 13.1 und einem zweiten Lagerschild 13.2 besteht. Das Lagerschild 13.1 und das Lagerschild 13.2 nehmen in sich einen Stator 16 auf, mit einem kreisringförmigen Blechpaket 17, in dessen radial ausgerichtete, nach innen offene und sich axial erstreckende Nuten eine Ständerwicklung 18 eingelegt ist. Der ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten, genuteten Oberfläche einen Rotor 20, der als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Rotor 20 besteht unter anderem aus zwei Klauenpolplatinen 22 und 23, an deren Außenumfang sich jeweils in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 und 25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart angeordnet, dass ihre sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfinger 24, 25 am Umfang des Rotors 20 einander abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Klauenpolzwischenräume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25. Der Rotor 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 beziehungsweise 13.2 drehbar gelagert.
  • Der Rotor 20 weist zwei axiale Stirnflächen auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt ist. Diese Lüfter 30 bestehen im Wesentlichen aus einem plattenförmigen beziehungsweise scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 40 in den Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch zwischen der Außenseite und dem Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 an den axialen Enden der Lagerschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter 30 radial nach außen beschleunigt, so dass sie durch die kühlluftdurchlässigen Wickelköpfe 45 auf der Antriebsseite und 46 auf der Elektronikseite hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt werden die Wickelköpfe gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch die Wickelköpfe, beziehungsweise nach dem Umströmen dieser Wickelköpfe einen Weg radial nach außen durch in Figur 1 nicht dargestellte Öffnungen.
  • In Figur 1 auf der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47, die verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt. So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine Schleifringbaugruppe 49 ab, die eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom versorgt. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier als Pluskühlkörper wirkt. Als so genannter Minuskühlkörper wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussplatte 56 angeordnet, welche im Lagerschild 13.2 befestigte Minusdioden 58 und in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden im Kühlkörper 53 in Form einer Brückenschaltung miteinander verbindet.
  • Figur 2 zeigt eine perspektivische, schematisierte Darstellung des Stator 16, an dessen innerer Oberfläche Pole 32 und Nuten 34 erkennbar sind. Hierbei enthalten die Nuten 34, wie dies aus Figur 3 deutlicher ersichtlich ist, jeweils vier Leitersegmente 36, welche einerseits an ihrer Oberfläche durch eine Lackisolation 38 und andererseits gemeinsam durch Isolationseinlagen 39 gegen das Blechpaket 17 des Stators 16 isoliert sind. Die Leitersegmente 36 sind in bekannter Weise an der Unterseite des Stators 16 haarnadelförmig umgebogen und um jeweils eine Polteilung geschränkt. Ihre gleich langen, freien Enden 42 ragen oben, ebenfalls um eine Polteilung geschränkt, aus den Nuten 34 heraus und sind in vier konzentrischen Reihen angeordnet. Hierbei liegen die freien Enden 42 im antriebsseitigen Wickelkopf 45, die haarnadelförmigen Umlenkungen 44 im Wickelkopf 46, welcher nach dem Zusammenbau der Maschine 10 zur Dioden- und Verschaltungsseite ausgerichtet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass im antriebsseitigen Wickelkopf mehr Raum für die Schweißverbindungen zur Verfügung steht.
  • Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung mit einer ringförmigen Gemeinschaftselektrode 60, welche mittig zwischen den Paaren der zu verschweißenden Enden 42 der Leitersegmente 36 angeordnet ist. Diese Ausführungsform entspricht der Anordnung in Figur 2 mit jeweils vier radial fluchtenden freien Enden 42, wobei jeweils zwei der Enden 42 in zwei konzentrischen, zu verschweißenden Reihen angeordnet sind. Als Gegenelektroden zu der Gemeinschaftselektrode 60 sind zwei diskrete, radial ausgerichtete Elektroden 62 und 64 vorgesehen, welche mit dem Pluspol 66 der Schweißvorrichtung verbunden sind, während die Gemeinschaftselektrode 60 an den Minuspol 68 der Schweißstromquelle angeschlossen ist. Der Schweißstrom I für jede einzelne Schweißverbindung wird durch geeignete Messeinrichtungen 70, 72 überwacht. Außerdem wird der Anpressdruck P der diskreten Elektroden 62 und 64 durch Druckmesseinrichtungen 74 und 76 kontrolliert. Die fertigen Schweißverbindungen von jeweils zwei Enden 42 der Leitersegmente 36 bilden ovale Schweißkuppen 78, welche gleichmäßig geformt und beabstandet sind. Bei Bedarf können diese Schweißkuppen 78 nachträglich isoliert werden, beispielsweise durch Isolierlack, da die Lackisolationen 38 an den Enden 42 der Leitersegmente 36 in bekannter Weise vor dem Schweißvorgang entfernt wurden oder beim Schweißvorgang verdampft sind.
  • Eine Verbesserung der Positionierung und Arretierung der Leitersegmente 36 erreicht man durch konturierte Stirnflächen 63, 65 der diskreten Elektroden 62 und 64, wobei die Konturen an der Stirnfläche der Elektroden 62 und 64 vorzugsweise dem Querschnitt der Enden 42 der Leitersegmente 36 angepasst sind. Diese Positionierung und Arretierung der Enden 42 kann durch zusätzliche Konturen an der Oberfläche der Gemeinschaftselektrode 60 noch verbessert werden, welche in Figur 4 nicht dargestellt sind. Sowohl die Gemeinschaftselektrode 60 wie auch die diskreten Elektroden 62 und 64 bestehen üblicherweise aus Wolfram oder Wolframlegierungen. Konturen an den Stirnflächen der diskreten Elektroden 62 und 64 sind dabei einfacher herstellbar und nacharbeitbar als Konturen an der Oberfläche der Gemeinschaftselektrode 60, sodass hierauf aus Kostengründen verzichtet werden kann.
  • Figur 5 zeigt die Form der Leitersegmente 36 im antriebsseitigen Wickelkopf 45 mit ebenfalls vier Leitersegmenten 36 je Nut 34, wobei die Leitersegmente 36 in den Nuten 34 jedoch abweichend von den Anordnungen in Figur 2 und Figur 3 jeweils paarweise nebeneinander und übereinander angeordnet sind. So ragen jeweils zwei Leitersegmente 36 mit zwei freien Enden 42 parallel zueinander aus jeder Nut 34 heraus, welche dann jeweils um eine Polteilung gekröpft und paarweise an ihren freien Enden 42 durch eine Widerstandsschweißung verbunden werden. Von der Schweißvorrichtung ist in dieser Darstellung nur die Gemeinschaftselektrode 60 gezeichnet. Die erforderliche diskrete Gegenelektrode, welche die Enden 42 der Leitersegmente 36 an die Gemeinschaftselektrode 60 einzeln oder paarweise andrückt und bestromt, ist in dieser Darstellung nicht gezeigt.
  • In einem Beispiel, welches nicht zur Erfindung gehört, können anstelle einer in sich geschlossenen, ringförmigen Elektrode 60 auch eine oder mehrere ringsegmentförmige Elektroden mittig zwischen die diskreten Elektroden 62 und 64 eingebracht und entsprechend dem Fortgang des Schweißvorgangs verschoben werden. Eine derartige segmentförmige Elektrode ist preiswerter herstellbar als eine Ringelektrode. Gegebenenfalls können auch mehrere Ringsegmente hintereinander gereiht werden zu einem geschlossenen Ring.
  • Bei einem Schweißvorgang, bei dem nur zwei Enden 42 zu verschweißen sind, kann bei einer Anordnung gemäß Figur 4 eine der beiden diskreten Elektroden 62 oder 64 entfallen, vorzugsweise die innere Elektrode 64, wobei der Anpressdruck durch die Einzelelektrode 62 dann von der Gemeinschaftselektrode 60 aufgefangen werden muss. Weiterhin ist es möglich, anstelle der Verschweißung jeweils eines Einzelpaares der freien Enden 42 der Leitersegmente 36 gleichzeitig beispielsweise zwei Paare der freien Enden durch eine diskrete Elektrode 62 oder 64 zu verschweißen, wobei auf eine gleichmäßige Kontaktierung mit im Wesentlichen gleichem Schweißstrom und gleichem Anpressdruck geachtet werden muss. Die Gemeinschaftselektrode 60 wird dabei in gleicher Weise zwischen die konzentrisch angeordneten Reihen von Leiterenden eingeschoben oder an deren Innenumfang angelegt. In diesem Fall kann jedoch nicht die vorteilhafte Messung des Schweißstromes I, der Anpresskraft P auf die Schweißstelle sowie die Schweißzeit für jede einzelne Verbindungsstelle überwacht werden, eine einwandfreie Schweißverbindung muss hier durch eine exakte Positionierung der Elektroden und der Leiterenden 42 sichergestellt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen (78) an Leitern einer elektrischen Maschine (10), welche einen Stator (16) mit einer Steckwicklung (18) aufweist, deren Leitersegmente (36) zumindest in einem Wickelkopf (45,46) auf einer Stirnseite des Blechpaketes (17) zu einer Wellenwicklung oder Schleifenwicklung verschaltet werden, indem aus den Nuten (34) des Stators (16) herausragende, in konzentrischen Reihen angeordnete Enden (42) der Leitersegmente (36) durch Schweißen paarweise verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (42) der Leitersegmente (36) durch Widerstandsschweißen paarweise verbunden werden, wobei die Enden (42) der zu verbindenden Leitersegmente (36) einerseits durch mehrere diskrete, radial ausgerichtete und am Statorumfang angeordnete Elektroden (62, 64) und andererseits durch eine zur Maschinenachse koaxiale, ringförmige Gemeinschaftselektrode (60), oder eine Gemeinschaftselektrode bestehend aus mehreren hintereinander gereihten Ringsegmenten, die einen geschlossenen Ring bilden, verschweißt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (42) von vier, jeweils paarweise zu verbindenden Leitersegmenten (36) einerseits durch wenigstens zwei diskrete, innen und außen radial fluchtend an den Leiterenden angreifende Elektroden (62,64) und andererseits durch wenigstens eine mittig zwischen den Leiterenden (42) und den diskreten Elektroden (62,64) verlaufende, ring- oder ringsegmentförmige Gemeinschaftselektrode (60) kontaktierbar sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der oder den diskreten Elektroden (62,64) beim Schweißvorgang eine radial gerichtete Anpresskraft (P) auf die zu verbindenden Leiterenden (42) des Stators (16) und auf die Gemeinschaftselektrode (60) ausgeübt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindungen (78) einseitig in dem Wickelkopf (45) auf der Antriebsseite der Maschine (10) hergestellt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Schweißstromes (I) und/oder der Anpresskraft (P) beim Schweißen für jede einzelne Schweißverbindung (78) durch eine Kontrolleinrichtung (70,72,74,76) überwacht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindungen (78) einer Steckwicklung (18) mit vier übereinander liegenden Leitersegmenten (36) je Nut (34) in zwei konzentrischen Reihen im Wickelkopf (45) des Stators hergestellt werden.
  7. Vorrichtung zur Herstellung von Schweißverbindungen (78) an Leitern einer elektrischen Maschine (10) mit einer elektrischen Maschine (10), welche einen Stator (16) mit einer Steckwicklung (18) aufweist, deren Leitersegmente (36) zumindest in einem Wickelkopf (45, 46) auf einer Stirnseite des Blechpaketes (17) zu einer Wellenwicklung oder Schleifenwicklung verschaltet werden, indem aus den Nuten (34) des Stators (16) herausragende, in konzentrischen Reihen angeordnete Enden (42) der Leitersegmente durch Schweißen paarweise verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (42) der Leitersegmente durch Widerstandsschweißen paarweise verbunden werden, wobei die Schweißvorrichtung mehrere diskrete, radial ausgerichtete und am Statorumfang angeordnete Elektroden (62,64) zur Kontaktierung der Enden (42) mehrerer Paare der zu verbindenden Leitersegmente (36) sowie eine ringförmige Gemeinschaftselektrode (60), oder eine Gemeinschaftselektrode bestehend aus mehreren hintereinander gereihten Ringsegmenten, die einen geschlossenen Ring bilden, zur Kontaktierung einer Mehrzahl von Leiterenden (42) aufweist.
  8. Vorrichtung mit einer elektrischen Maschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur jeweils paarweisen Verbindung von vier übereinander liegenden Leitersegmenten (36) zwei diskrete Elektroden (62,64) radial gegenüberliegend beidseitig der Gemeinschaftselektrode (60) und der zu verbindenden Leiterpaare angeordnet sind.
  9. Vorrichtung mit einer elektrischen Maschine (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Enden (42) der Leitersegmente (36) durch die Elektroden (60, 62, 64) der Schweißvorrichtung radial übereinander gehalten sind.
  10. Vorrichtung mit einer elektrischen Maschine (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Enden (42) der Leitersegmente (36) durch konturierte Stirnflächen (63, 65) der diskreten Elektroden (62,64) und/oder der Gemeinschaftselektrode (60) beim Schweißvorgang positionierbar sind.
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